CN111409051A - 测温取样机器人用探头存放装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种测温取样机器人用探头存放装置，包括存放架以及设置在存放架上的一至多层托盘，每层托盘包括用于放置探头的前托盘和后托盘，至少其中一层的后托盘上安装有调节托盘，前托盘上间隔设置有多个用于分隔安放和定位探头的第一定位槽，后托盘和/或调节托盘上设置有与第一定位槽对应的第二定位槽，后托盘和/或调节托盘上还设置有用于定位探头轴向位置的定位结构，调节托盘在后托盘上的安装位置根据探头的长度尺寸确定，使得所有探头的插入口端面对齐。本发明，通过每层所述托盘的定位槽分层、分散定位每一个探头，每一个探头的位置是固定的，便于机器人准确定位，保证插入纸管探头的顺畅性。解决了测温取样机器人在自动接插纸管探头作业时的可靠性问题。

Description

测温取样机器人用探头存放装置

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种测温取样机器人用探头存放装置。

背景技术

冶金生产流程中有大量的工艺过程需要对熔融的高温金属进行温度检测和成分检测，采用工业机器人取代人工测温取样，可以避免操作工与高温液体金属接触，提高了安全性，同时缩短冶炼周期，提高炼钢产能，降低人工成本。

人工辅助的机器人测温取样是由操作工将测温取样用的探头连接到机器人的末端执行器上，工业机器人将测温探头或取样探头插入高温熔液中，避免金属熔液由于高温化学反应喷溅出的熔渣烫伤操作工。这种作业模式没有使操作工脱离危险恶劣的工作环境。

机器人全自动测温取样，需要机器人自己将作为末端执行器的测温取样探针插入探头存放装置内的探头纸管孔内，取出探头后再将探头末端插到熔融金属里指定深度位置并停留规定时间，最后在刮剥器上将使用过的废探头从测温取样探针上剔除。

问题在于测温取样机器人的工作环境非常恶劣，存在高温辐射和金属粉尘，环境温度变化范围在-10～+50℃，机器人作业过程存中机械臂的位置和姿态产生较大的随机误差，特别移动式机器人将测温取样探针插入操作平台上固定的存放箱中的枪头纸管内的成功率非常低，严重影响自动测温取样流程的顺畅性。

现有技术中的一些探头自动供给方案，主要是通过机械传动装置将工艺所需的各种探头移送到同一个固定位置，然后通过导向装置引导机器人的探针插入纸管。但是当导向装置引导已偏离示教位置的测温取样探针导入纸管时，不可避免的会有作用力施加到探针并传递到工业机器人的机械臂上，这个作用力会使探针发生弹性或塑性变形，影响下一次插入位置，并且导向作用力会加大机械臂关节的载荷，降低机器人的使用寿命和运动精度。使机器人关节臂具有柔顺性可以降低引导力的危害，但是会增加机器人的成本。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种测温取样机器人用探头存放装置，提高测温取样探针插入纸管探头的成功率，保证测温取样的可靠性和顺畅性。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明技术方案如下：

一种测温取样机器人用探头存放装置，包括存放架以及设置在存放架上的一至多层托盘，每层托盘包括用于放置探头的前托盘和后托盘，至少其中一层的后托盘上安装有调节托盘，所述前托盘上间隔设置有多个用于分隔安放和定位探头的第一定位槽，所述后托盘和/或调节托盘上设置有与第一定位槽对应的第二定位槽，所述后托盘和/或调节托盘上还设置有用于定位探头轴向位置的定位结构，所述后托盘支撑和定位较长尺寸的探头，所述调节托盘支撑和定位较短尺寸的探头，所述调节托盘在后托盘上的安装位置根据探头的长度尺寸确定，使得所有探头的插入口端面对齐。

可选地，同一层中前托盘的位置高于后托盘和调节托盘的位置，当所述探头放置在探头存放装置上时，探头在其轴线方向呈前高后低的倾斜放置状态。

可选地，所述前托盘与后托盘之间有间隔，当所述探头放置在探头存放装置上时，探头前部和后部被支撑，中部悬空。

可选地，所述调节托盘可前后调节地安装在所述后托盘上。

可选地，所述调节托盘的截面呈L型，所述调节托盘的竖向部分开设有所述第二定位槽，所述后托盘上沿前后方向设置有条形槽，所述调节托盘的横向部分通过紧固件安装在后托盘上。

可选地，所述前托盘和后托盘均包括托板和焊接在托板下的加强板；所述托板截面呈Z型，由托板一端向上延伸为支撑立板，由托板另一端向下延伸为连接板，所述第一定位槽和后托盘的第二定位槽开设在所述支撑立板上，所述连接板与所述存放架连接。

可选地，所述后托盘的支撑立板和调节托盘的竖向部分构成所述定位结构，在探头放置时，挡住探头端部的台阶面。

可选地，所述第一定位槽和第二定位槽均为上宽下窄的收口结构，且第一定位槽和第二定位槽的下部为弧形；所述前托盘的第一定位槽的尺寸大于后托盘和调节托盘的第二定位槽的尺寸。

可选地，所述存放架的侧面和上方还设置有防护罩。

可选地，所述探头存放装置上设置有供机器视觉识别的定位标记。

可选地，所述定位标记设置在前托盘的前端面。

可选地，所述定位标记为圆形图案、十字形图案、圆形与十字形的组合图案、开孔、开槽、铧铣加工面、指示灯、发光体或反光物。

如上所述，本发明的有益效果是：本发明，通过每层所述托盘的定位槽分层、分散定位每一个探头，每一个探头的位置是固定的，放置于探头存放装置后，在测温取样探针插取之前不会相对于探头存放装置移动；从而避免了现有技术中因导向装置或探头传送等发生位移造成的位置偏移的问题。便于机器人准确定位，保证插入纸管探头的顺畅性。解决了测温取样机器人在自动接插纸管探头作业时的可靠性问题。

其中，针对各种不同长度的探头，后托盘限位最长的探头，调节托盘限位其余长度的探头，最终使得各种规格探头的头部于前托盘的第一定位槽上，所有探头的前端平齐，减小纸管插入口的定位误差。

附图说明

图1本发明实施例中探头存放装置的立体结构示意图；

图2为本发明实施例中探头存放装置的侧视图；

图3为图2中的局部视图；

图4为本发明实施例中探头存放装置的俯视图；

图5为本发明实施例中探头存放装置的前视图(增加防护罩)；

图6为本发明实施例中探头存放装置的后视图；

图7为发明实施例中探头存放装置与测温取样机器人的位置关系示意图。

零件标号说明：

100-探头存放装置；200-机器人；300-测温取样探针；1-存放架；2-前托盘；21-第一定位槽；22-第一托板；23-第一连接板；24-第一支撑立板；3-后托盘；31-第二定位槽；32-第二托板；33-第二连接板；34-第二支撑立板；4-调节托盘；41-第二定位槽；5-加强板；6-探头；7-紧固件；8-定位标记；9-防护罩。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

实施例

如图1至图6所示，本例中示例的一种测温取样机器人用探头存放装置，其中，以探头6朝向测温取样探针的一方为前方，背离测温取样探针的一方为后方。探头6呈圆柱形结构，前端为探针插入孔，后端具有凸出于后端面的检测元件；所述探头存放装置包括存放架1以及设置在存放架1上的一层至多层托盘，每层托盘包括用于支撑和定位探头6的前托盘2和后托盘3，前托盘2横向间隔设置有多个用于定位、安放探头6的第一定位槽21，后托盘3上设置有多个用于定位、安放探头6的第二定位槽31，每个第一定位槽21对应一个第二定位槽31，以便并排放置多个探头6，同一探头6放置在前托盘2和后托盘3对应的一对定位槽内，通过定位槽放置探头6，并定位探头6在垂直于轴线方向的位置；所述后托盘3上还设置有用于定位探头6轴向位置的定位结构，通过该定位结构定位探头6前后方向的位置，保证探头6前端(即具有插入孔的一端)平齐，便于机器人准确的对位和测温取样探针准确插入探头6。

所述探头存放装置上存放有具有测温、取样、定氢、定氧等用途的各种探头6，各种探头的长度不同，测温取样机器人用探针在探头存放装置内取出对应功能的探头6直接插入熔融金属内完成测温、取样等作业。

在一个实施方式中，探头存放装置还包括调节托盘4，调节托盘4设置在其中一层至多层；调节托盘4可前后调节地安装在后托盘3上，调节托盘4上设置有与前托盘2的第一定位槽21对应的第二定位槽41。调节托盘4可以前后移动安装，用于对探头6后端定位，以适应不同长度、形状的探头6存放。

针对各种不同长度的探头6，后托盘3限位最长的探头6，调节托盘4限位其余长度的探头6，最终使得各种规格探头6的头部于前托盘2定位槽上，所有探头6的前端平齐，探头纸管插入孔距离前托盘端面的距离一致，该距离越小则纸管插入口的定位误差越小。

用前后托盘和调节托盘定位长短不一的各种探头，使其纸管接插口的空间位置的随机误差受纸管弯曲变形的影响最小。

其中，在具有调节托盘4的这层中，后托盘3上可设置或者不设置第二定位槽31和定位结构，依靠调节托盘4的第二定位槽41和定位结构定位和安放。

其中，调节托盘4与后托盘4的宽度一致，即该层的探头后端均依靠调节托盘4定位；或者调节托盘4只占据后托盘4的一部分，该层的探头后端一部分依靠调节托盘4定位，另一部分依靠后托盘3定位。

传统的探头自动供给方案，主要是通过机械传动装置将所需的各种探头移送到同一个固定位置，然后通过导向装置引导机器人的探针插入纸管。但是当导向装置引导已偏离示教位置的测温取样探针导入纸管时，不可避免的会有作用力施加到探针并传递到工业机器人的机械臂上，这个作用力会使探针发生弹性或塑性变形，影响下一次插入位置，并且导向作用力会加大机械臂关节的载荷，降低机器人的使用寿命和运动精度。

采用本发明的结构，通过每层所述托盘的定位槽分层、分散定位每一个探头6，每一个探头6的位置是固定的，放置于探头存放装置后，在测温取样探针插取之前不会相对于探头存放装置移动；从而避免了现有技术中因导向装置等发生位移造成的引导不准确的系列问题。保障每一个存放位探头6插入口圆孔中心的重复位置误差小于±1mm，以便于机器人准确定位，保证插入纸管探头6的顺畅性。以低成本的探头存放装置解决了测温取样机器人在自动接插纸管探头作业时的可靠性问题。

其中，存放装置可为框架结构或箱体结构，例如采用立柱和横梁连接形成的框架结构，前托盘2和后托盘3可直接与立柱连接，也可以与横梁连接；也可以是两侧和顶面带有盖板的箱体结构，前后方向上用于纸管探头6露出。

为便于测温取样探针取探头6，所述探头存放装置上间隔设置有多个探头放置位，每个放置位由前托盘2和后托盘3(或调节托盘4)上对应的一对定位槽构成，探头放置位相对于水平方向倾斜设置，使得探头放置时轴线相对于水平方向倾斜；具体地每一层中前托盘2的位置高于后托盘3的位置，以使得探头6在前托盘2和后托盘3上可以前高后低地倾斜放置，便于测温取样探针插入探头6，利用自重稳定探头6的位置，探头6不会随机移动。

在一个实施方式中，所述前托盘2与后托盘3之间有间距，调节托盘4也与前托盘2之间有间隔，前托盘2安装在存放架1前部，后托盘3安装在存放架1后部，当探头放置在探头存放装置上时，探头6的前部和后部被支撑，中部悬空；探头主要部分是纸管，具有一定的刚性，支撑其两端即可；当纸管少许有弯曲时，中空的箱架可以避免弯曲部分的纸管接触箱架而使得纸管的支撑点不在纸管端头部位，从而引起插入口的位置误差。

如图3所示，前托盘2包括第一托板22、第一支撑立板24和第一连接板23；其中第一连接板23连接在第一托板22的后端下方，第一连接板23通过螺钉与存放架1固定；第一支撑立板24连接在第一托板22前端，并高出第一托板22；第一支撑立板24上间隔开设有多个第一定位槽21。

本例中，第一支撑立板24由第一托板22的一端向上弯折延伸形成，第一连接板23由第一托板22的另一端向下弯折并延伸形成，其中第一支撑立板24和第一连接板23与第一托板22为一体成型，或者分别与第一托板22固定连接；本例中，第一托板22前高后低地倾斜设置，以减少与探头6的接触；其他实施方式中也可以是水平设置。

后托盘3的结构与前托盘2相似，所述前托盘2和后托盘3的截面均呈Z型结构。后托盘3包括第二托板32、第二支撑立板34和第二连接板33，第二托板32前高后低，第二连接板33由第二托板32前端向下延伸形成，第二托板32与存放架1连接，第二支撑立板34由第二托板32向上延伸形成，第二支撑立板34上开设有多个第二定位槽31。

本例中，调节托盘4的截面呈L型，第二定位槽41开设在其竖向部分上，横向部分通过紧固件7，例如螺钉等安装在后托盘3上，后托盘3上开设条形槽或者多个调节孔，适应调节托盘4的前后调整。其中，横向部分与后托盘3的第二托板32的倾斜角度相同，竖向部分与后托盘3的第二支撑立板34的倾斜角度相同。

其中，所述第一定位槽21、第二定位槽31、第二定位槽41，均为上宽下窄的收口结构，且第一定位槽21、第二定位槽31和第二定位槽41的下部为弧形；所述前托盘2的第一定位槽21的尺寸大于后托盘3的第二定位槽31的尺寸和调节托盘4的第二定位槽41的尺寸。前托盘2的第一定位槽21用于支撑探头6前部外圆；后托盘3的第二定位槽31和调节托盘4的第二定位槽41用于放置探头6的后端，所述后托盘3的支撑立板34和调节托盘4的竖向部分构成所述定位结构，在探头放置时，挡住探头端部的台阶面，实现探头6前后方向的定位。

为提高支撑稳定性，在后托盘3和前托盘2的下方设置有加强板5或加强筋，用于辅助支撑，具体为焊接在第一托板22和第二托板32下方。

在一个实施方式中，所述探头存放装置上设置有供机器视觉识别的定位标记8，如图5所示。具体而言可以设置在前托盘2上，本例中在第一支撑立板24朝向测温取样探针的一面上。在前托盘2的前端面设置供机器视觉识别的定位标记8，便于测温取样机器人通过手眼相机识别定位机器人与探头存放装置的相对位置。

其中，定位标记8可以为圆形图案、十字形图案或者圆形与十字形的组合图案；或者定位标记8为开孔、开槽、铧铣加工面(即用铧钻在金属表面铣削出一个浅浅的小台阶，甚至只是铧出一点圆形的痕迹)等。或者，定位标记8为探头存放装置指定位置处安装的指示灯、发光体、反光物等。

本发明提供的定位标记供后续识别定位使用，如何利用该定位标记，可根据现有技术进行；本实施例中供机器视觉识别的定位标记为圆点形反光板，能与前托盘形成较大的反差，易于在摄像头视觉传感器上成像，便于AI视觉软件后期处理。

在一个实施方式中，为防止高温钢液飞溅损坏纸管探头，在存放架1的左右侧和上方设置有防护罩9，前后方向不设防护罩，以便定位和插取探头。

本发明所述探头存放装置100在工业上的应用示例：

某炼钢厂100t电炉冶金生产，为了避免发生钢液喷溅给人工测温取样操作带来危害，从安全角度和智能化提升角度考虑，由机器人替代人工执行测温取样作业。布置自动测温取样机器人在电炉炉口附近，本发明的探头存放装置100布置在测温取样机器人200的后侧，如附图7所示。

由机器人控制系统使工业机器人200用测温取样探针300插取探头存放装置100内的测温探头，按实时规划的运动轨迹将测温探头末端插到钢液面下的测温点，停留规定时间后从钢液中提出测温探头，温度检测仪表将钢液温度数据传到测温取样上位机系统；机器人控制系统使工业机器人200按实时规划的运动轨迹将带有废弃测温探头的测温取样探针300移到探头刮剥装置处，刮掉废弃纸管；再将测温取样探针300从探头存放装置100中插取钢液取样器，并按实时规划的运动轨迹将取样器探头末端插到钢液面下的取样点，停留规定时间后从钢液中提出取样探头，移到探头刮剥装置处，刮掉取样器。

本发明的优点在于：

1、纸管在探头箱内的重复位置误差小，便于机器人插取；

2、利用了机器人手臂可以到达的工作空间将各类纸管探头分隔存放；

3、省却了传统探头箱将各类纸管探头送到同一位置的复杂机构；

4、设置定位标识便于利用机器视觉识别探头位置，从而可以对机器人的运动轨迹实时纠偏；

5、提高了测温取样机器人作业的可靠性，保障了冶金生产流程的顺畅性，提高了冶金设备的使用率，降低了冶金设备的维护费用，减少冶金生产因设备故障而停工停产导致的损失。

本发明可以应用于冶炼生产全流程的机器人测温取样装置，包括高炉出铁、炼钢铁水预处理、电炉冶炼、转炉冶炼、炉外精炼、真空处理、连铸连浇等各个生产工序，也可以应用于重型机械制造中的铸钢、铸铁过程。本发明应用于机器人测温取样作业，突破了现有技术的制约，解决了现有技术由于测温取样探针插入纸管探头精度不够发生流程不顺畅、工艺过程可靠性低的难题。

任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (12)

1.一种测温取样机器人用探头存放装置，其特征在于：包括存放架以及设置在存放架上的一至多层托盘，每层托盘包括用于放置探头的前托盘和后托盘，至少其中一层的后托盘上安装有调节托盘，所述前托盘上间隔设置有多个用于分隔安放和定位探头的第一定位槽，所述后托盘和/或调节托盘上设置有与第一定位槽对应的第二定位槽，所述后托盘和/或调节托盘上还设置有用于定位探头轴向位置的定位结构，所述后托盘支撑和定位较长尺寸的探头，所述调节托盘支撑和定位较短尺寸的探头，所述调节托盘在后托盘上的安装位置根据探头的长度尺寸确定，使得所有探头的插入口端面对齐。

2.根据权利要求1所述的测温取样机器人用探头存放装置，其特征在于：同一层中前托盘的位置高于后托盘和调节托盘的位置，当所述探头放置在探头存放装置上时，探头在其轴线方向呈前高后低的倾斜放置状态。

3.根据权利要求1所述的测温取样机器人用探头存放装置，其特征在于：所述前托盘与后托盘之间有间隔，当所述探头放置在探头存放装置上时，探头前部和后部被支撑，中部悬空。

4.根据权利要求1所述的测温取样机器人用探头存放装置，其特征在于：所述调节托盘可前后调节地安装在所述后托盘上。

5.根据权利要求4所述的测温取样机器人用探头存放装置，其特征在于：所述调节托盘的截面呈L型，所述调节托盘的竖向部分开设有所述第二定位槽，所述后托盘上沿前后方向设置有条形槽，所述调节托盘的横向部分通过紧固件安装在后托盘上。

6.根据权利要求1所述的测温取样机器人用探头存放装置，其特征在于：所述前托盘和后托盘均包括托板和焊接在托板下的加强板；所述托板截面呈Z型，由托板一端向上延伸为支撑立板，由托板另一端向下延伸为连接板，所述第一定位槽和后托盘的第二定位槽开设在所述支撑立板上，所述连接板与所述存放架连接。

7.根据权利要求5所述的测温取样机器人用探头存放装置，其特征在于：所述后托盘的支撑立板和调节托盘的竖向部分构成所述定位结构，在探头放置时，挡住探头端部的台阶面。

8.根据权利要求1所述的测温取样机器人用探头存放装置，其特征在于：所述第一定位槽和第二定位槽均为上宽下窄的收口结构，且第一定位槽和第二定位槽的下部为弧形；所述前托盘的第一定位槽的尺寸大于后托盘和调节托盘的第二定位槽的尺寸。

9.根据权利要求1所述的测温取样机器人用探头存放装置，其特征在于：所述存放架的侧面和上方还设置有防护罩。

10.根据权利要求1所述的测温取样机器人用探头存放装置，其特征在于：所述探头存放装置上设置有供机器视觉识别的定位标记。

11.根据权利要求10所述的测温取样机器人用探头存放装置，其特征在于：所述定位标记设置在前托盘的前端面。

12.根据权利要求10所述的测温取样机器人用探头存放装置，其特征在于：所述定位标记为圆形图案、十字形图案、圆形与十字形的组合图案、开孔、开槽、铧铣加工面、指示灯、发光体或反光物。

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